UNIVERSIDAD DEL BIO-BIO
FACULTAD DE INGENIERIADEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA
ESTUDIO DE MANTENIMIENTO BASADO EN CONFIABILIDAD (RCM) APLICADO EN TRANSMISIÓN DE LEVANTE DE PALAS ELÉCTRICAS BUCYRUS 495HR EN COMPAÑÍA
MINERA DOÑA INES DE COLLAHUASI SCM.
Informe de Habilitación Profesional presentado en conformidad a los requisitos para optar al Título de Ingeniero Civil Mecánico.
Profesor Guía:
Sr. CLAUDIO VILLEGAS ULLOA
DANIEL ARÉVALO OLIVERA CONCEPCION – CHILE
SUMARIO
El presente trabajo de título se desarrolló en Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi, perteneciente a Anglo American plc, Glencore y Japan Collahuasi Resources B.V. Esta organización, ubicada a unos 186 kms. de la ciudad de Iquique solicitó el desarrollo de un estudio de confiabilidad de su flota de Palas Electricas Bucyrus 495HR . Estos equipos se desempeñan en la unidad de apoyo de los trabajos mineros (movimiento de tierra) y pertenecen a la Gerencia de Operaciones Mina.
Los equipos poseen índices de desempeño muy bajos de acuerdo a lo esperado por la empresa, por lo que este estudio está orientado a determinar el porqué de esta situación y recomendar estrategias que disminuyan tales comportamientos.
El desarrollo del estudio se basa en la implementación de la técnica del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM), por lo cual, una introducción en los conceptos de confiabilidad, mantenimiento general y la metodología del RCM se desarrollan como base para efectuar el trabajo.
Una vez interiorizados de los conceptos claves del estudio, el primer paso consiste en determinar los sistemas de componentes críticos del equipo, los cuales serán analizados posteriormente. Dicha etapa consiste en realizar un Análisis de Fallas de los sistemas pertenecientes a la pala, entregando como resultados valores de indicadores de gestión de mantenimiento como el MTBF, MTTR, método de Jack Knife, entre otros; que permiten determinar cuáles componentes presentan la condición de criticidad. El resultado de este análisis determinó que el sistema de levante, sistema estructural y sistemas secundarios de la pala presentan dicha condición.
La siguiente sección analiza el sistema más crítico obtenido anteriormente por medio de la metodología entregada por el RCM, la cual permite evaluar las consecuencias y frecuencias de las diversas fallas que pueden afectar a las funciones principales del sistema en cuestión,
entregando estrategias de mantenimiento a cada una de ellas. Esto consiste en asignarles tareas preventivas o acciones determinadas que busquen de alguna manera disminuir sus efectos. A partir de esto se obtuvieron estrategias para las fallas frecuentes que se analizaron.
Estos análisis fueron apoyados por la realización de un árbol de falla para el sistema de levante, sistema estructural y sistemas secundarios, con el fin de observar las posibles fallas y combinaciones de éstas que se pueden presentar en estos sistemas.
TABLA DE CONTENIDOS
1 INTRODUCCION ... 1
2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 3
3 OBJETIVOS ... 5
3.1 OBJETIVO GENERAL ... 5
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 5
4 MARCO TEÓRICO... 6
4.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE CONFIABILIDAD. ... 6
4.1.1 Teoría de la Confiabilidad ... 6
4.1.2 Funciones de Confiabilidad ... 6
4.1.3 Teoría de Falla ... 8
4.1.3.1 Definición de Falla ... 8
4.1.3.2 Tasa de Falla... 9
4.1.4 Tiempo Promedio Entre Fallas (MTBF) ... 11
4.1.5 Tiempo Promedio Para Reparar (MTTR) ... 11
4.1.6 Disponibilidad ... 11
4.1.7 Método del Jack Knife ... 12
4.2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MANTENIMIENTO ... 14
4.2.1 Técnicas de Mantenimiento ... 15
4.2.1.1 Mantenimiento Predictivo o a Condición ... 15
4.2.1.2 Mantenimiento Preventivo o Programado: ... 15
4.2.1.4 Mantenimiento Detectivo: ... 16
4.2.1.5 Mantenimiento Mejorativo: ... 16
4.2.2 Relación entre Mantenimiento y Confiabilidad ... 16
4.3 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DEL MANTENIMIENTO CENTRADO EN CONFIABILIDAD (RCM)... 17
4.3.1 Definición ... 17
4.3.2 Metodología de RCM ... 18
4.3.2.1 Funciones y Parámetros de Funcionamiento:... 19
4.3.2.2 Fallas Funcionales: ... 20
4.3.2.3 Modos de Fallas (Causas de Falla): ... 20
4.3.2.4 Efectos de Fallas: ... 20
4.3.2.5 Consecuencias de Modos de Fallas: ... 20
4.3.2.6 Tareas Proactivas: ... 21
4.3.2.7 Acciones “A Falta De”: ... 21
4.3.3 Beneficios del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad ... 22
4.4 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DEL ANÁLISIS DE ÁRBOL DE FALLA (AAF) ………23
5 DESARROLLO DEL TRABAJO ... 25
5.1 ANÁLISIS DE FALLAS DE LOS SISTEMAS DE LA PALA BUCYRUS 495HR 25 5.1.1 Análisis de Detenciones ... 27
5.1.2 Análisis de Indicadores de Gestión de Mantención ... 29
5.1.3 Análisis de Tasas de Fallas y Confiabilidad... 36
5.1.3.1 Tasas de Fallas ... 36
5.2 IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS CRÍTICOS ... 39
5.3 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DEL MANTENIMIENTO CENTRADO EN CONFIABILIDAD (RCM). ... 40
5.3.1 Hoja FMEA ... 47
5.3.1.1 Funciones Principales ... 47
5.3.1.2 Fallas Funcionales ... 47
5.3.1.3 Modos de Fallas ... 48
5.3.1.4 Ocurrencia de Modos de Fallas ... 48
5.3.1.5 Efecto de los modos de falla. ... 48
5.3.2 Hoja RPN ... 49
5.3.3 Hoja RCM ... 49
5.3.3.1 Consecuencia de Modos de Fallas ... 50
5.3.3.2 Tareas Preventivas ... 50
5.4 ANÁLISIS DE ÁRBOL DE FALLA ... 52
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 53
6.1 Conclusiones... 53
6.2 Recomendaciones ... 55
7 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS... 57
ANEXO N° 1: ... 59
ANÁLISIS DE CRITICIDAD DE FLOTA DE PALAS BUCYRUS 495HR. ... 59
ANEXO N° 2: ... 62
DESCRIPCION DE EQUIPOS BUCYRUS 495HR. ... 62
ANEXO N° 3: ... 74
COMPONENTES Y SISTEMAS PRINCIPALES DE LA PALA BUCYRUS MODELO 495HR. ... 74
ANEXO N° 4: ... 78 RESULTADO DE ANALISIS DE FALLA PARA LA FLOTA DE PALAS BUCYRUS 495HR EN LOS AÑOS 2011 Y 2012. ... 78 ANEXO N° 5: ... 85 FRECUENCIA DE FALLAS PARA LOS SISTEMAS CRITICOS DE LA FLOTA DE PALAS BUCYRUS 495HR. ... 85 ANEXO N° 6: ... 87 HOJA FMEA PARA EL SISTEMA DE LEVANTE DE LA PALA BUCYRUS 495HR.
87
ANEXO N° 7: ... 96 ENCUESTA REALIZADA PARA DETERMINAR NÚMERO DE PRIORIDAD DE RIESGO. ... 96 ANEXO N° 8: ... 100 HOJA RPN PARA EL SISTEMA DE LEVANTE DE LA PALA BUCYRUS 495HR.
100
ANEXO N° 8: ... 109 ARBOL DE DECISIÓN DE RCM. ... 109 ANEXO N° 9: ... 111 HOJA RCM PARA EL SISTEMA DE LEVANTE DE LA PALA BUCYRUS 495HR.
111
ANEXO N° 10: ... 120 ANALISIS DE ARBOL DE FALLA. ... 120
INDICE DE FIGURAS
Figura 4.1. Patrones de Fallas relacionados con la edad del equipo o componente. ... 10
Figura 4.2. Dispersión logarítmica con límites integrados... 13
Figura 4.3. Dispersión con todos sus límites graficados. ... 14
Figura 4.4. Relación entre mantenimiento y confiabilidad. ... 17
Figura 4.5. Preguntas básicas del mantenimiento centrado en confiabilidad ... 19
Figura 5.1. Fallas en sistemas de componentes flota palas Bucyrus 495HR ... 28
Figura 5.2. Tiempo indisponible por sistemas de componentes en la pala bucyrus 495 HR para el periodo 2011-2012 (Tiempo total anual en horas considerado: 8760 hr x 4 equipos). ... 29
Figura 5.3. Tiempo promedio entre fallas para sistemas de la pala Bucyrus 495HR en el periodo 2011-2012 (Tiempo total anual en horas considerado: 8760 hr x 4 equipos). ... 30
Figura 5.4. Tiempo promedio para reparar para sistemas de la pala Bucyrus 495HR en el periodo 2011-2012 (Tiempo total anual en horas considerado: 8760 hr x 4 equipos). ... 31
Figura 5.5. Disponibilidad de sistemas de la pala para el periodo 2011-2012. ... 32
Figura 5.6. Jack Knife de los sistemas de la pala para el periodo 2011-2012. ... 33
Figura 5.7. Vida útil de los componentes vs duración real periodo 2011-2012 ... 34
Figura 5.8. Costos de compra de componentes sistema de levante periodo 2011-2012 ... 35
Figura 5.9. Tazas de fallas del sistema levente de equipos 06, 08, 09 y 10 para el periodo 2011 y 2012 ... 36
Figura 5.10. Confiabilidad del sistema levante equipos 06, 08, 09 y 10 para el periodo 2011 y 2012 ... 38
Figura 5.11. Tiempo indisponible por fallas en sistema de levante en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos). ... 41
Figura 5.12. Cantidad de detenciones por fallas en sistema de levante en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos). ... 41
Figura 5.13. Análisis Jack Knife aplicado a las fallas del sistema de levante para el periodo 2011-2012 ... 42 Figura 5.14. Tiempo indisponible por fallas en sistema estructural en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos). ... 44 Figura 5.15. Cantidad de detenciones por fallas en sistema estructural en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos). ... 44 Figura 5.16. Análisis Jack Knife aplicado a las fallas del sistema estructural para el periodo 2011-2012 ... 45 Figura 5.17. Tiempo indisponible por fallas en sistemas secundarios en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos). ... 45 Figura 5.18. Cantidad de detenciones por fallas en sistemas secundarios en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos). ... 46 Figura 5.19. Análisis Jack Knife aplicado a las fallas de sistemas secundarios para el periodo 2011-2012 ... 46 Figura A1.1. Comparación de disponibilidad flota de Palas año 2011 y 2012. ... 60 Figura A1.2. Mantenciones programadas versus mantenciones no programadas en año 2011 y 2012. ... 60 Figura A1.3. Tiempo promedio entre fallas de flota de Palas comparados con el valor esperado por la empresa. (Promedio año 2011-2012) ... 61 Figura A1.4. Tiempo promedio para reparar de flota de Palas comparados con el valor esperado por la empresa. (Promedio año 2011-2012) ... 61 Figura A2.1. Esquema general de los componentes exteriores del equipo. ... 64 Figura A2.2. Dimensiones generales del equipo acotadas. ... 65 Figura A2.3. Esquema de la infraestructura de la Pala Bucyrus 495HR (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 67 Figura A2.4. Esquema general sistema de rodado (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 68 Figura A2.5. Conjunto de bastidores y orugas del sistema de rodado (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 68
Figura A2.6. Esquema general superestructura Palas Bucyrus 495HR (Fuente: Manual de
Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 69
Figura A2.7. Esquema general del sistema de levante del equipo (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 70
Figura A2.8. Disposición de los cables de empuje y recoge (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 71
Figura A2.9. Conjunto sistema de empuje y recoge con tambor, transmisión y motor (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 71
Figura A2.10. Esquema general del sistema de giro de la Pala (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 72
Figura A2.11. Esquema general de las estructuras de operación de la Pala (Fuente: Manual de Servicio de Pala Electrica Bucyrus Modelo HR). ... 73
Figura.A4.1. Jack Knife sistemas Pala 06 año 2011 y 2012. ... 80
Figura A4.2. Jack Knife sistemas Pala 08 año 2011 y 2012. ... 81
Figura A4.3. Jack Knife sistemas Pala 09 año 2011 y 2012. ... 83
INDICE DE TABLAS
Tabla A3.1: Componentes principales de la Pala Bucyrus 495HR. ... 75
Tabla A4.1. Análisis de detenciones para Pala 06 en el año 2011. ... 79
Tabla A4.2. Análisis de detenciones para Pala 06 en el año 2012. ... 79
Tabla A4.3: Análisis de detenciones para Pala 08 en el año 2011. ... 80
Tabla A4.4: Análisis de detenciones para Pala 08 en el año 2012. ... 81
Tabla A4.5: Análisis de detenciones para Pala 09 en el año 2011. ... 82
Tabla A4.6: Análisis de detenciones para Pala 09 en el año 2012. ... 82
Tabla A4.7: Análisis de detenciones para Pala 10 en el año 2011. ... 83
Tabla A4.8: Análisis de detenciones para Pala 10 en el año 2012. ... 84
TablaA5.1. Fallas principales en el sistema estructural de las Palas en los años 2011 y 2012. ... 86
Tabla A5.2. Fallas principales en el sistema secundarios de las Palas en los años 2011 y 2012. ... 86 Tabla A5.3. Fallas principales en el sistema levante de las Palas en los años 2011 y 2012. 86
1 INTRODUCCION
La continua evolución de las ciencias y tecnologías han aumentado la complejidad de los activos de las empresas, lo cual ha generado que se desarrollen nuevas técnicas de mantención. Además, la gran competitividad de los mercados ha provocado que el mantenimiento tome una gran importancia a la hora de garantizar la disponibilidad de los sistemas productivos.
Esto último se encuentra bastante distanciado de lo que se hacía en el pasado, en donde el proceso de mantención solamente actuaba cuando el equipo o sistema fallaba, realizándose de esta manera una tarea correctiva del componente. Esta situación ante lo estable o estancado del mercado no acarreaba grandes problemas a la hora de vender o producir, debido a que no existía una competencia real. Sin embargo, a la postre, este actuar podía traer graves consecuencias a las maquinarias, ya que dichas fallas podían afectar a otros componentes relacionados con el sistema en falla produciéndose grandes pérdidas económicas.
Con el pasar de los años y el aparecimiento de nuevos productos y compañías, los directivos de las empresas comenzaron a darse cuenta de que una mayor disponibilidad de las plantas productoras, una mayor vida útil de sus equipos y costos más bajos, eran aspectos claves en lograr una ventaja competitiva y una supervivencia de sus empresas. No obstante, aunque existen empresas que todavía se manejan con estos principios, éstos ya no son suficientes para lograr los objetivos gerenciales acordes con la dinámica de los mercados actuales. Por lo tanto, es en este punto en donde las grandes empresas no planean permanecer, como es el caso de Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi SCM empresa que busca adoptar los nuevos conceptos de mantención.
Una mayor disponibilidad y confiabilidad de sus equipos y plantas, mejor relación costo efectividad, mayor seguridad, mejor cuidado del medio ambiente, mejor calidad de sus
productos, mejor servicio y satisfacción al cliente, cumplimientos de plazos y una mayor duración de sus equipos son garantías de competitividad, reconocimiento y supervivencia de las empresas hoy en día.
De esta manera es como surgen hoy en día herramientas que ayudan a la obtención de dichos objetivos, una de ellas es el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad. Ésta entrega el desarrollo de un trabajo en conjunto con los sistemas productivos de las empresas como lo son mantenimiento, operación y producción. En base a lo anterior se logran mejoras significativas en los procesos, ya que se obtienen posibilidades de obtener un mayor y mejor flujo de información, mayor conocimiento por parte del capital humano de sus equipos o procesos y un resultado directo de su propio análisis, correspondiente a nuevas estrategias de mantención para sus equipos. Entre muchos otros logros que se obtienen al desarrollar un mejoramiento continuo en dirección al nuevo destino de la ingeniería de mantención.
Dadas estas características, esta herramienta es la utilizada para desarrollar el Estudio de Confiabilidad de la Flota de Palas Bucyrus modelo 495HR, pertenecientes a la Vicepresidencia Operaciones Mina de Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi.
El presente informe tiene como objetivo explicar a grandes rasgos los trabajos realizados hasta el día de hoy en la compañía y también contextualizar al lector en el marco de trabajo actual.
2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La flota de Palas Bucyrus modelo 495HR de Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi está considerada como sistemas que poseen una alta criticidad, dados los bajos parámetros de desempeño que estos presentan. Los motivos principales que llevan a esta condición se señalan a continuación:
Baja Disponibilidad:
En los años 2011 y 2012, los valores del indicador disponibilidad se encuentran por debajo de lo esperado por la empresa. En este periodo se esperaba que tal indicador fuese de un 82%, debido a que como promedio en la flota se alcanzaron valores de 79% y 80% en ambos años respectivamente, las metas propuestas por la empresa no fueron cumplidas y cabe mencionar que este indicador tiene gran importancia para la gerencia de operaciones mina.
Mantenciones Programadas:
Otra condición de criticidad la entrega la comparación entre el porcentaje de mantenciones programadas versus las mantenciones no programadas, en donde la primera alcanza un 53% y la segunda el 47% de las tareas realizadas en ambos años. Esta situación demuestra un claro indicio sobre insuficiencias en la gestión de mantenimiento.
Tiempo promedio para reparar:
Este indicador trabaja directamente con la gestión de mantenibilidad, es decir, las reparaciones, señalando que para ambos años la duración de éstas se encuentran como promedio en 2.5 hrs, valor que no cumple con las expectativas de la empresa que son de 2 hrs como promedio.
Costo compra de repuestos mecánicos:
En este aspecto el presupuesto establecido por la empresa en 2011 es de US$1.812.039 y para 2012 es de US$2.174.050 siendo las cifras de gastos reales para 2011 US$2.073.238 superando en un 14% lo esperado para este periodo y para 2012 los gastos son de US$3.234.912 superando en un 49% lo pronosticado para este periodo.
Por otro lado, es necesario destacar que estos equipos se desenvuelven en un contexto operacional poco amistoso, debido a que deben operar a una altura sobre el nivel del mar de aproximadamente de 4.400 metros, soportando una temperatura media anual de 0.9C° En base a estos antecedentes, en este trabajo se trata de establecer las causas que condicionan la obtención de los estándares señalados, de manera de mejorar el empleo de los equipos señalados.
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Aplicar la metodología entregada por el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad a los sistemas críticos de las palas Bucyrus modelo 495HR obtenidos de un análisis de fallas. Esto para la determinación de nuevas estrategias de mantención y aprovisionamiento.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar un análisis de falla de los sistemas de componentes de la pala Bucyrus modelo 495HR (MTBF, MTTR, tasa de falla y confiabilidad).
Determinar los sistemas de componentes críticos del equipo.
Realizar el análisis de los sistemas críticos mediante el mantenimiento centrado en confiabilidad.
Apoyar el análisis de los sistemas críticos con la realización de un análisis de árbol de falla de los mismos.
Obtener en conjunto con las áreas de mantención y operación las nuevas estrategias de mantención y aprovisionamiento entregadas por RCM.
4 MARCO TEÓRICO
Este capítulo contiene los conceptos claves manejados por cada uno de los temas que se utilizan como base para los análisis que se realizarán en el próximo capítulo. Estos tópicos corresponden a Confiabilidad, Mantenimiento, Mantenimiento Centrado en Confiabilidad y el Análisis de Árbol de Fallas, los cuales se detallan a continuación.
4.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE CONFIABILIDAD.
En esta sección se señalan los elementos básicos para la obtención de la confiabilidad de un equipo tales como Tasas de Fallas e Indicadores de Desempeño.
4.1.1 Teoría de la Confiabilidad
La confiabilidad de un equipo, componente, sistema, etc. en función del tiempo, 𝑅(𝑡) se define como la probabilidad de que éste mantenga sus especificaciones operacionales, es decir, que no falle durante un período determinado de tiempo.
Se deduce de la definición anterior que la no – confiabilidad, 𝐹(𝑡) es la probabilidad de que un equipo trabaje fuera de especificaciones en un periodo definido.
Basándose en lo anterior, se tiene la siguiente relación 𝑅 𝑡 + 𝐹 𝑡 = 1. La obtención matemática de estos parámetros se describe a continuación.
4.1.2 Funciones de Confiabilidad
El ingeniero sueco Weibull, estableció un tipo de distribución general para determinar la confiabilidad de los equipos, en base a los registros de fallas de los mismos. Este método es aplicable para cualquier situación de arranque, operación y desgaste de equipos, permitiendo de esta manera analizar sistemas con tasa variable.
Esta distribución de densidad de Weibull se caracteriza por tres parámetros: Parámetro de escala 𝛼 > 0, valor que comprime o expande la distribución. Parámetro de Forma 𝑏 ≥ 0, el cual genera distribución:
Exponencial si 𝛽 = 1
Logarítmica normal si 1 < 𝛽 < 3 Normal si 3 < 𝛽 < 6
Parámetro de localización 𝜇 < 𝑥, que permite desplazar la distribución en el eje de las abscisas.
A partir de ellos la función de densidad de falla queda dada por:
𝑓 𝑡 =𝛽 𝛼∙ 𝑡 − 𝜇 𝛼 𝛽−1 ∙ 𝑒 𝑡−𝜇 𝛼 𝛽
Integrando se obtiene la función acumulada de falla 𝐹(𝑡), llegando la siguiente expresión.
𝐹 𝑡 = 1 −∙ 𝑒 𝑡−𝜇 𝛼 𝛽
= 1 − 𝑅(𝑡)
Sin embargo, este análisis es para sistemas continuos, por lo que por necesidad para este estudio, es necesario determinar la metodología para datos discretos. Este análisis se presenta a continuación, determinando todas las variables necesarias e incluidas en este estudio, y que finalmente se comparan con el resultado de la aplicación de la distribución de Weibull.
Para el análisis mencionado anteriormente, se citan las siguientes notaciones básicas: 𝑁0: Número de elementos buenos en el instante 𝑡0
𝑁𝑖: Números de elementos buenos en el instante 𝑡𝑖 𝑛𝑖: Número de elementos que fallaron entre 𝑡𝑖y 𝑡𝑖+1 ∆𝑡𝑖: Intervalo de tiempo analizado, igual a 𝑡𝑖+1 + 𝑡𝑖
De esta manera la función de falla 𝐹(𝑡), o la probabilidad de que el elemento falle en el intervalo ∆𝑡𝑖, también conocida como función de densidad de probabilidad de falla, es entregada por:
𝑓 𝑡𝑖 ∙ ∆𝑡𝑖 = 𝑛𝑖 𝑁0
Por lo tanto, la función de fallas acumuladas𝐹(𝑡), se obtiene de la manera siguiente:
𝐹 𝑡𝑖 = 𝑓(𝑡𝑖) ∙ ∆𝑡𝑖 𝑖 0 = 𝑛𝑖0 𝑖 𝑁0 = 1 − 𝑁𝑖 𝑁0
Este resultado permite obtener de forma inmediata la función de confiabilidad, la que viene dada por:
𝑅 𝑡 = 𝑁𝑖
𝑁0 = 1 − 𝐹(𝑡𝑖)
Sin embargo existe una variable determinante en el cálculo de la confiabilidad, corresponde a la tasa de falla, la cual se explica a continuación.
4.1.3 Teoría de Falla
La teoría de la falla corresponde al estudio de los posibles comportamientos o patrones de falla que se pueden presentar en un equipo, componente o sistema como resultado del análisis de sus tasas de fallas. Por ende, lo primero en esta sección consiste en dar una definición para el concepto de falla que se utilizará.
4.1.3.1 Definición de Falla
Se produce una falla en un sistema cuando los sistemas o equipos dejan de trabajar bajo sus especificaciones o capacidades iniciales para los cuales fueron diseñados o adquiridos.
4.1.3.2 Tasa de Falla
La tasa de falla se define como la probabilidad de que un equipo entre en estado de falla entre los instantes 𝑡 y 𝑡 + ∆𝑡, con la salvedad que el equipo en cuestión no presente ninguna falla hasta el tiempo 𝑡.
Esta tasa de falla está representa por 𝜆(𝑡), y se calcula de la siguiente manera: 𝜆 𝑡𝑖 = 𝑛𝑖
𝑁𝑖∙ ∆𝑡𝑖 Donde:
𝑁0: Número de elementos buenos en el instante 𝑡0 𝑛𝑖: Número de elementos que fallaron entre 𝑡𝑖 y 𝑡𝑖+1. 𝑁𝑖: Números de elementos buenos en el instante 𝑡𝑖 ∆𝑡𝑖: Intervalo de tiempo analizado, igual a 𝑡𝑖+1− 𝑡𝑖
Este resultado corresponde al caso de datos discretos, en el caso de un análisis continuo se obtiene lo siguiente:
𝜆 𝑡 𝑑𝑡 =𝐹 𝑡 + 𝑑𝑡 − 𝐹(𝑡)
𝑅(𝑡) =
𝑑𝐹(𝑡) 1 − 𝐹(𝑡)
En donde 𝑅(𝑡) y 𝐹(𝑡) corresponden a las ya conocidas funciones de confiabilidad y no confiabilidad. Integrando se encuentran las expresiones continuas para la obtención de 𝑅(𝑡), 𝐹(𝑡) y la función densidad de falla 𝑓(𝑡).
En relación con el mantenimiento, es necesario destacar que existen fallas súbitas o espontáneas para las cuales no es posible el desarrollo de algún tipo de mantenimiento convencional. Además, existen las fallas relacionadas con la edad del equipo o componente que se presentan en seis patrones de comportamiento característicos, permitiendo que se practique algún tipo de tarea proactiva. Estos patrones se muestran en la Figura 4.1 donde se observa la probabilidad de falla (ordenada) en función de la edad del componente (abscisa).
Figura 4.1. Patrones de Fallas relacionados con la edad del equipo o componente.
El patrón A, es la distribución de probabilidad de fallas conocida como la curva de “La Bañera”, la que demuestra una mayor probabilidad condicional de falla tanto en la puesta en marcha del sistema o componente como en la zona de desgaste del mismo. Observándose una zona intermedia, en donde la tasa de falla se mantiene constante y corresponde al período de vida útil del sistema o equipo.
El patrón B y C, presentan un aumento de la probabilidad condicional de falla con la edad, notándose que en el patrón C dicho comportamiento es menos apreciable. El patrón de falla D, posee una baja probabilidad condicional de falla en su puesta en marcha, manteniéndose constante después de alcanzar un punto estable; en cambio el patrón E hace referencia a lo que se considera fallas totalmente al azar, debido a que la tasa de falla es constante. Por
último, el patrón F, presenta una amplia probabilidad de falla en el período de juventud o infantil, disminuyendo luego hasta un valor constante.
Con estos conceptos básicos ya introducidos, se puede analizar indicadores primordiales en confiabilidad como lo son el Tiempo Promedio Entre Fallas (MTBF), el Tiempo Promedio Para Reparar (MTTR) y la Disponibilidad.
4.1.4 Tiempo Promedio Entre Fallas (MTBF)
Este es un indicador que tiene relación con el tiempo promedio que transcurre entre que el equipo sale, de mantención o una reparación de falla, y vuelve a entrar por igual motivo. Su forma de cálculo para un análisis continuo, está dada por la siguiente expresión:
𝑀𝑇𝐵𝐹 = 𝑡 ∙ 𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = 𝑅(𝑡) ∞ 0 ∞
0
Para el análisis discreto, como ocurre en el presente trabajo, la expresión está definida como sigue:
𝑀𝑇𝐵𝐹 = 1 𝜆
4.1.5 Tiempo Promedio Para Reparar (MTTR)
Indicador que señala el tiempo promedio utilizado tanto para realizar una mantención preventiva, como correctiva. Se calcula simplemente como el tiempo de una mantención determinada, dividido por el número de fallas ocurridas en ese período.
4.1.6 Disponibilidad
El porcentaje de tiempo que el equipo se encuentra disponible para su operación, sin la presencia de fallas, es lo que se conoce como disponibilidad, y que con la ayuda de los indicadores mencionados anteriormente es posible obtener una relación matemática para obtener su valor, esta expresión viene dada por:
𝐷𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑀𝑇𝐵𝐹 + 𝑀𝑇𝑇𝑅𝑀𝑇𝐵𝐹 ∙ 100
4.1.7 Método de Jack Knife
El método de Jack Knife es una técnica usada ampliamente para determinar de manera acertada la criticidad que tiene un elemento dentro de un conjunto de elementos con solo conocer indicadores estadísticos básicos.
El método consiste en graficar en una escala logarítmica el número de detenciones versus el tiempo medio para reparar (MTTR).
Entonces se tiene:
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 = 𝑁° 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 ∙ 𝑀𝑇𝑇𝑅
log 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 = log 𝑁° 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 + log(𝑀𝑇𝑇𝑅)
Para poder determinar la criticidad de los puntos, es necesario determinar límites que sean dependientes de las magnitudes de cada uno de los puntos graficados. Es por esto que se fijan dos límites como básicos en la grafica; limite MTTR y limite cantidad de detenciones. El límite cantidad de detenciones se determina de la siguiente forma:
𝑙𝑖𝑚. 𝑐𝑎𝑛𝑡. 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 =𝐷 𝑁 Con:
D= suma total de detenciones. N= número de elementos estudiados.
Y el límite MTTR está definido como:
𝑙𝑖𝑚. 𝑀𝑇𝑇𝑅 =𝑄 𝑁
𝑄 = 𝑀𝑇𝑇𝑅 𝑛
1
Con los límites obtenidos se obtiene el siguiente grafico:
Figura 4.2. Dispersión logarítmica con límites integrados
De la figura 4.2 se pueden distinguir cuatro cuadrantes, los que indicaran la criticidad de los puntos.
Agudos: Son fallas que se repiten poco, pero que tardan mucho en repararse. Son típicas de sistemas confiables complejos que producen fallas catastróficas.
Crónicos: Son fallas repetitivas y fáciles de reparar y que podrían ser minimizadas con estrategias de mantenimiento preventivo acorde a la falla.
Agudas crónicas: Son fallas recurrentes y de gran complejidad para reparar características de sistemas complejos.
Bajo control: Son fallas poco habituales y fáciles de reparar, se les llama así porque en general no presentan una amenaza a la disponibilidad de los equipos.
Ahora bien, existe un tercer límite que es que define si estamos frente a problemas de disponibilidad, el limite ISO Disponibilidad.
Se define como:
𝑙𝑖𝑚. 𝐼𝑆𝑂 𝑑𝑖𝑠𝑝 = 𝑀𝑇𝐵𝐹 𝑀𝑇𝐵𝐹 + 𝑀𝑇𝑇𝑅 Y en el grafico queda de la siguiente manera:
Figura 4.3. Dispersión con todos sus límites graficados.
Para la compañia el limite ISO disponibilidad es el más relevante porque para ellos el indicador disponibilidad es de alta importancia, es por esto que cualquier punto que se encuentre sobre el limite ISO disponibilidad será considerado como crítico.
4.2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE MANTENIMIENTO
Esta sección señala las prácticas de mantención que se pueden utilizar en las empresas, dándose a conocer cuáles son las más convenientes de manejar.
4.2.1 Técnicas de Mantenimiento
El desarrollo de las tecnologías y las constantes investigaciones han llevado a la obtención de nuevas técnicas de mantención, las cuales buscan asegurar una mayor disponibilidad y confiabilidad de los equipos.
Estas técnicas de mantenimiento o tipos de mantenimiento corresponden al mantenimiento predictivo, mantenimiento preventivo o programado, mantenimiento correctivo, mantenimiento detectivo y mantenimiento mejorativo.
4.2.1.1 Mantenimiento Predictivo o a Condición
Este mantenimiento corresponde a la inspección de los equipos a intervalos regulares para verificar su condición o estado, con la función de tomar, a partir de estos resultados, acciones para prevenir de fallas o controlar o evitar las consecuencias de las mismas. Estas inspecciones pueden realizarse a simple vista (Análisis Técnico Visual) como también por medio de instrumentos.
4.2.1.2 Mantenimiento Preventivo o Programado:
Este mantenimiento consiste en la acción de reacondicionar (recomponer) o sustituir a intervalos regulares los componentes de un equipo, con el fin de prevenir una falla por desgaste, debido a que tales intervalos de cambio están relacionados con la edad del elemento y con su aumento en la probabilidad de que este falle. Por tal motivo, esta acción no considera el estado en el cual se encuentre el componente en ese instante.
4.2.1.3 Mantenimiento Correctivo:
Este tipo de mantenimiento consiste en el reacondicionamiento o sustitución de los elementos de un equipo una vez que éstos han fallado. Es simplemente la reparación de la falla la que se lleva a cabo con este mantenimiento.
4.2.1.4 Mantenimiento Detectivo:
Se relaciona con la inspección regular de aquellos componentes que poseen funciones ocultas, vale decir que en caso de falla éstas no son evidentes para los operadores debiéndose reacondicionar o sustituir en caso de falla.
4.2.1.5 Mantenimiento Mejorativo:
Consiste en la posibilidad de efectuar un rediseño al equipo, debido a que una función acarrea grandes consecuencias tanto operacionales como a su entorno, las cuales ya no pueden ser sostenidas. Cabe señalar, que esta actividad no es un mantenimiento propiamente tal, pero sus características o tareas lo hacen uno.
4.2.2 Relación entre Mantenimiento y Confiabilidad
La relación entre mantenimiento y confiabilidad queda demostrada en Figura 4.4, en esta se observa que para lograr una buena disponibilidad es necesario poseer valores óptimos en los indicadores relacionados con dichos conceptos, al lograr esto, se asegura la obtención de buenos resultados en la probabilidad de poseer un buen funcionamiento del equipo como también en la probabilidad de duración de una buena reparación del mismo.
Figura 4.4. Relación entre mantenimiento y confiabilidad.
4.3 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DEL MANTENIMIENTO CENTRADO EN CONFIABILIDAD (RCM)
El Mantenimiento Centrado en Confiabilidad entrega la posibilidad de ampliar las variables que se consideran en la obtención de las estrategias o tipos de mantención para un equipo o sistema en estudio, entregando resultados más aplicables y apegados a la realidad del contexto operacional del equipo. Esta sección entrega los conceptos que se utilizan en cada análisis de esta metodología para la obtención de dichos logros.
4.3.1 Definición
El mantenimiento centrado en confiabilidad (Reliability-Centred Maintenance) puede ser definido como: “un proceso utilizado para determinar qué debe hacerse para asegurar
que todo activo físico continúe haciendo lo que sus usuarios quieren que haga en su actual contexto operacional”.
En esta definición se distinguen aspectos de confiabilidad, ya que, se busca que el activo permanezca el mayor tiempo posible sin fallar como también se introduce un nuevo concepto en la visión de mantenimiento que es el denominado contexto operacional, relacionado en que cada ente de la organización debe conocer el tipo de actividad y bajo qué condiciones el activo estudiado desempeña sus labores.
De esta manera, el mantenimiento centrado en confiabilidad entrega una metodología para analizar las fallas principales de un activo, bajo la respuesta a preguntas comunes y que entrega un completo análisis con el fin de tomar las decisiones más acertadas para cada una de las causas de fallas identificadas.
4.3.2 Metodología de RCM
El desarrollo del procedimiento entregado por el mantenimiento centrado en confiabilidad consiste en dar respuesta a siete preguntas básicas sobre temas que van desde las funciones que realizan los componentes en estudio, a la toma de decisiones sobre sus causas de fallas (modos de fallas).
Las mencionadas preguntas de RCM, se muestran a continuación en la Figura 4.5, en donde se señala la información que se obtiene de cada una de ellas sobre el elemento en estudio. A continuación, se describen cada uno de los siete conceptos principales que las preguntas buscan responder y que entregan la información necesaria para una adecuada toma de decisión en cuanto a las estrategias de mantenimiento a utilizar.
Figura 4.5. Preguntas básicas del mantenimiento centrado en confiabilidad
4.3.2.1 Funciones y Parámetros de Funcionamiento:
El primer paso de la metodología consiste en determinar las funciones de cada activo en su contexto operacional; es decir, determinar qué es lo que usuarios quieren que haga y asegurar que sea capaz de realizarlo (en base a sus especificaciones de diseño). Todo esto debido a que la pérdida de alguna de ellas afecta a la productividad de la organización. Estas funciones se clasifican en primarias y secundarias, las primeras corresponde a aquellas que hacen relación con el motivo de la adquisición del activo; y las segundas a aquellas funciones que se espera que posea el sistema, tales como consideraciones de seguridad, comodidad, etc.
4.3.2.2 Fallas Funcionales:
Este concepto hace relación a la incapacidad de cumplir una función, por parte del activo, de acuerdo a él o los parámetros de funcionamiento que el usuario considera aceptable, definidos en el paso anterior.
4.3.2.3 Modos de Fallas (Causas de Falla):
A continuación del paso anterior, lo que sigue es determinar todos los hechos que pueden haber causado cada estado de falla o falla funcional, con el fin de determinar qué es lo que realmente se está tratando de analizar. Para este análisis se pueden analizar fallas de equipos similares actuando en igual contexto operacional, como también las que se manejan en el mantenimiento preventivo ó las que no se han analizado y cuentan con gran posibilidad de producirse. Por otro lado, hay que preocuparse de detallar tales causas de una manera que permita obtener un pleno conocimiento de la falla, evitando un exceso de detalles que generan una gran pérdida de tiempo y recursos.
4.3.2.4 Efectos de Fallas:
El cuarto paso del proceso consiste en describir que ocurre cuando sucede la falla. Esta descripción consiste en rescatar la evidencia de que ha ocurrido la falla, sus efectos en la producción, en las personas, medio ambiente y que debe hacerse para reparar la falla. Tal detalle es necesario para determinar la importancia de la falla.
4.3.2.5 Consecuencias de Modos de Fallas:
En esta etapa se busca clasificar las fallas, según sus efectos, en consecuencias de fallas ocultas, consecuencias ambientales y para la seguridad; también en consecuencias operacionales y no operacionales. Esto, con el objetivo de determinar “según su grado de importancia” las estrategias de mantenimiento a tomar; las cuales pueden consistir en tareas proactivas de mantenimiento, rediseño o ningún mantenimiento convencional, entre otros.
Cabe señalar que anteriormente se integra el concepto de falla oculta, el cual tiene relación con aquellas fallas que no son perceptibles a simple vista, debido a que no poseen un mecanismo de control asociado a ellas, y que sólo son evidentes cuando una función relacionada con ella entra en estado de falla (por ejemplo mecanismos de seguridad). Estas fallas son de gran importancia debido a que podrían ser la causa de fallas múltiples, es decir, que afecten a otros componentes.
4.3.2.6 Tareas Proactivas:
A partir del análisis anterior se obtienen qué modos de fallas, debido a su importancia, son necesarios analizar para intentar prevenirlas. El mantenimiento centrado en confiabilidad reconoce tres categorías de tareas proactivas: las tareas de reacondicionamiento cíclicas, tareas de sustituciones cíclicas y las tareas a condición.
4.3.2.7 Acciones “A Falta De”:
Éstas son las acciones que se realizan a aquellos modos de fallas a los cuales no se les hace factible la realización de una tarea proactiva.
Estas acciones pueden ser:
La búsqueda de fallas: Revisiones periódicas de las funciones de los componentes que poseen funciones que si fallan incurren en fallas ocultas
Rediseñar: Incluir cambios en el diseño original del activo, debido a que sus consecuencias operacionales o al medio ambiente como a la seguridad son insostenibles
Ningún mantenimiento programado; Sólo se cambian o reparan los activos cuando éstos fallan
Estos siete conceptos son analizados por un grupo de personas relacionadas directamente con el activo en cuestión, debido a que las mencionadas preguntas pueden ser respondidas de una manera más completa por quienes trabajan directamente con el sistema, por lo tanto
se habla de mecánicos, eléctricos, planificador, operador y un técnico especialista; todos ellos guiados por el facilitador que se encarga de organizar la reunión y que debe ser pleno conocedor de la metodología RCM.
El resultado del trabajo del grupo de análisis del mantenimiento centrado en confiabilidad son la hoja FMEA, la hoja RPN y la hoja RCM. La primera responde y registra las respuestas a las cuatro primeras preguntas fundamentales de la metodología. En la segunda hoja se determina el número de prioridad de riesgo (RPN) que corresponde al producto de la probabilidad de ocurrencia, detectabilidad y severidad de los modos de falla. Este número es calculado para cada modo de falla. La tercera hoja responde y registra las respuestas a las tres últimas preguntas del mantenimiento centrado en confiabilidad, obteniéndose de esta manera una estrategia de mantenimiento para cada modo de falla en análisis. El llenado de esta hoja, se basa en seguir un formato de preguntas entregados por el árbol de Decisión de RCM.
4.3.3 Beneficios del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad
Finalmente, al terminar este análisis e implementar esta metodología se pueden obtener los siguientes beneficios:
Generar sinergias comunicacionales entre el personal de mantención y operaciones. Estrategias de mantención para cada tipo de falla que se presenta en los sistemas de
manera frecuente.
Con el conocimiento y habilidad de cada componente del grupo se logra analizar de mejor forma las fallas potenciales de los equipos; los esfuerzos individuales no conducen a nada.
Se logra realizar un mejor análisis de cada uno de los componentes del equipo, ya que se encuentra con personal altamente calificado y conocedor de éste.
Se logra detectar fallas antes de que ocurran, porque se involucran a nuevos estamentos al trabajo, como es el área de inspección sintomática, entre otros.
4.4 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DEL ANÁLISIS DE ÁRBOL DE FALLA (AAF)
Este análisis determina cuales son las funciones o sistemas más críticos de un equipo y desglosa estas para encontrar y registrar las causas raíces de las fallas, es decir identifica los modos de fallas en un diagrama de fácil lectura para el personal de mantenimiento. Con esto se planifican acciones sobre las mismas, con la finalidad de atenuar o eliminar la frecuencia de las fallas en el equipo y así lograr una mayor disponibilidad de ellos.
El análisis cuantitativo corresponde a estudiar las probabilidades de ocurrencias de cada una de esas fallas, para de esta forma, mediante el análisis de las diversas combinaciones, determinar cuáles son las más críticas o con una mayor probabilidad de ocurrencia. De esta manera, se obtendrán aquellas fallas a las cuales es necesario realizarles un plan de mantenimiento o incluirlas en los ya existentes.
La simbología a utilizar en el diagrama AAF se presenta a continuación:
Evento Principal o Falla Principal, del cual comienza el flujo de posibles fallos que se pueden suceder. También es utilizado como un evento intermedio con iguales características.
Puerta “Y”, señala que para que se produzca la falla saliente, todas las señales de entrada deben de suceder simultáneamente, es decir, deben de coexistir.
Puerta “O”, señala que se produce la falla saliente si alguna de las entradas se encuentra presente.
Evento básico, el cual establece el límite de análisis, señalando el origen de una falla general.
Este símbolo señala un evento terminal, del cual no es necesario un mayor análisis, debido a que no se justifica o porque no se tiene información.
El triángulo simboliza la derivación a un árbol secundario, debido a que su análisis es igual de extenso que el principal.
De esta forma, se han entregado los conceptos teóricos que serán utilizados en el Capítulo 5, en éste se realizarán los análisis correspondientes para la determinación de los sistemas críticos del equipo, las posibles combinaciones de fallas que los afecten y las estrategias de mantención que se llevarán a cabo para cada uno de ellos, como también, el estudio del impacto económico de un aumento en la disponibilidad de la flota.
5 DESARROLLO DEL TRABAJO
El desarrollo del trabajo consistirá en realizar en primera instancia un análisis de fallas de los sistemas de la pala Bucyrus modelo 495HR, con el fin de obtener los principales indicadores señalados en el marco teórico.
Luego, a partir de ellos, determinar cuál de aquellos sistemas es crítico para ser estudiado en la metodología que entrega el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad, obteniendo las estrategias de mantenimiento que deberían realizarse a cada estatus de falla asociados a las detenciones de aquel sistema.
Dichos resultados serán apoyados con un Análisis de Árbol de Falla de aquellos sistemas catalogados como críticos, con el fin de ilustrar aquellas fallas más frecuentes que afectan a los mismos.
Finalmente, se realizará un análisis de indicadores asociados a las horas disponibles y horas de pana (Parada involuntaria de un equipo por avería, Ref: Diccionario Enciclopédico Vox 1. © 2009 Larousse Editorial, S.L). del equipo, con el objetivo de visualizar la situación en que se encuentra actualmente el área.
5.1 ANÁLISIS DE FALLAS DE LOS SISTEMAS DE LA PALA BUCYRUS 495HR
Para el análisis de las fallas de los diversos sistemas que forman parte del equipo, se utiliza la base de datos de las detenciones de las máquinas que operan en la mina. Esta información la provee SIGEMM, mediante la emisión de informes diarios y mensuales sobre los movimientos que se producen en todas las áreas del proceso productivo de la mina.
De estos datos se obtiene información relacionada con los motivos de detención (falla) de los equipos, la fecha y hora de la misma, la duración de la reparación más un comentario más específico de la falla.
El universo de aplicación de este estudio, corresponde a las palas eléctricas Bucyrus modelo 495HR de la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi, estas son la pala 06, 08, 09 y 10 de la Gerencia de operaciones mina. Estos cuatro equipos son considerados como equipos maduros debido a que poseen un horómetro mayor a 17.000 horas.
La recopilación de los datos para los equipos mencionados anteriormente, se efectuó para los años 2011 y 2012 con el fin de obtener un análisis más representativo y acertado. A partir de esta información se realiza un análisis elaborado a los sistemas del equipo, los cuales corresponden a una agrupación de los componentes principales de las palas eléctricas y se resumen a continuación.
Sistema de lubricación Sistema de empuje y recoge Sistema de Propulsión Sistema de rodado Sistema de virar Sistema de levante
Sistema eléctrico potencia Sistema estructural
Sistemas secundarios (sistema abrir balde, sistema de aire comprimido, sistema de mando)
Otros (sistema de aire acondicionado, sistema de refrigeración, accesorios y otros mina)
Por lo tanto para estos sistemas se obtuvieron los indicadores correspondientes a número de detenciones, tiempo promedio entre fallas (MTBF) y tiempo promedio para reparar (MTTR) y disponibilidad de cada uno de ellos, los cuales serán los responsables de evaluar cuáles son los sistemas más críticos.
5.1.1 Análisis de Detenciones
Para el análisis de las detenciones de las palas se utilizó un estudio de las frecuencias de falla de los sistemas, como también del tiempo indisponible asociado a ellas. Los parámetros a utilizar en este estudio corresponden a la utilización del tiempo en horas, tomando en consideración que un año posee 8760 (se trabaja las 24 horas de cada día, los 365 días del año) por cuatro equipos, lo que nos da un tiempo nominal de 35040 horas. Además, como se trata de un estudio de las fallas de los sistemas de las palas, se excluyeron del análisis aquellas fallas relacionadas con las tareas preventivas (MP 50 horas, MP 250 horas, etc.) y los Back-logs. Estas últimas, corresponden a fallas que se detectan en el instante de la mantención programada, planificando sus reparaciones para otra mantención en el caso de que no se pueda efectuar en el mismo instante.
El criterio señalado anteriormente, se debe a que se busca con este estudio determinar qué fallas no han sido consideradas previamente para analizarlas y tomar estrategias de mantenimiento que reduzcan su frecuencia o las prevengan.
Por consiguiente, al llevar a cabo este análisis en la flota de palas se obtuvieron los gráficos señalados en las figuras 5.1 y 5.2. El primero corresponde a la cuantificación de las fallas asociadas a cada sistema y el segundo a un diagrama de Pareto de los tiempos de indisponibilidad de la pala, asociados a cada uno de estos para el periodo 2011-2012.
Figura 5.1. Fallas en sistemas de componentes flota palas Bucyrus 495HR
Como se observa en dichas figuras, los sistemas correspondientes al sistema estructural, sistemas secundarios y sistema de levante, presentan las condiciones más adversas con respecto a este análisis, ya que poseen la mayor frecuencia de fallas durante el período de análisis, como también el mayor tiempo indisponible asociado a sus detenciones o fallas.
Figura 5.2. Tiempo indisponible por sistemas de componentes en la pala bucyrus 495 HR para el periodo 2011-2012 (Tiempo total anual en horas considerado: 8760 hr x 4 equipos).
5.1.2 Análisis de Indicadores de Gestión de Mantención
Bajo las mismas consideraciones del análisis anterior, se desarrollan a continuación el cálculo de los diversos indicadores de desempeño del equipo, bajo la metodología desarrollada en el Capítulo 4.
Los resultados obtenidos se desarrollan en forma completa para la flota, mostrándose a continuación un resumen de los resultados para la flota de palas Bucyrus 495HR en el periodo 2011-2012, tal como se hizo en la sección anterior.
En el caso de los indicadores MTBF y MTTR, se obtuvieron los gráficos presentados en las figuras 5.3 y 5.4, con los que se busca señalar aquellos componentes que están actuando de manera insatisfactoria. Esto bajo el criterio de que aquellos sistemas que poseen un bajo
tiempo promedio entre fallas y un alto tiempo promedio para reparar son los más críticos y requieren de una atención e investigación de las causas de estos hechos.
Figura 5.3. Tiempo promedio entre fallas para sistemas de la pala Bucyrus 495HR en el periodo 2011-2012 (Tiempo total anual en horas considerado: 8760 hr x 4 equipos).
Como se puede observar en dichas figuras el sistema estructural, sistemas secundarios y sistema de levante mantienen la tónica de ser aquellos sistemas que requieren de un análisis más exhaustivo.
Figura 5.4. Tiempo promedio para reparar para sistemas de la pala Bucyrus 495HR en el periodo 2011-2012 (Tiempo total anual en horas considerado: 8760 hr x 4 equipos).
En el gráfico mostrado en la Figura 5.3, correspondiente a los tiempos promedios entre fallas de los sistemas en análisis, se pueden observar que aquellos que presentan el menor valor corresponden a los mencionados sistema estructural y sistema secundarios, hecho que está directamente relacionado con la alta frecuencia de fallas que éstos presentan.
Para el gráfico de la Figura 5.4, el que corresponde al análisis de los tiempos promedios para reparar, se observa que el sistema de levante posee el valor más alto. Esta situación se explica porque la reparación del sistema conlleva un gran tiempo de reparación debido a la complejidad y envergadura de sus fallas.
En este caso en particular, al analizar la base de datos se observa que las fallas que se presentan en el sistema de levante principalmente corresponden a excesivas vibraciones en la transmisión de levante, hecho que como se verá más adelante, conlleva a fallas catastróficas del equipo y también a fallas múltiples ocasionadas por fallas ocultas que no son detectadas.
Una vez obtenidos ambos parámetros para cada sistema de la pala, como se vio en la metodología expresada en el marco teórico, es posible obtener el valor de la disponibilidad de cada uno de ellos. Tal resultado se muestra en la Figura 5.5.
El resultado logrado muestra nuevamente que la disponibilidad obtenida es la menor para los sistemas estructural, secundarios y levante. Este resultado era de esperarse debido a que ambos poseen valores adversos en los indicadores obtenidos anteriormente. Sin embargo, corresponde señalar que los valores elevados que éstos presentan se deben a que se está considerando cada tiempo indisponible de un sistema en comparación con el tiempo total de cálculo de dos años, por lo que el porcentaje de disponibilidad de cada uno de ellos para un año se refleja en los resultados señalados en la figura.
Figura 5.5. Disponibilidad de sistemas de la pala para el periodo 2011-2012.
Por otro lado, se observa que estos valores no concuerdan con lo obtenido por el equipo para dicho periodo, en donde se alcanzó un promedio de 79.5% de disponibilidad. Este hecho se debe a que los sistemas internos de la pala están relacionados en serie, ya que si algunos de éstos fallan el equipo lo hace también. De esta manera, al aplicar la metodología de cálculo para estas condiciones, es decir, multiplicar cada valor de disponibilidad de los
sistemas, se obtiene el valor correspondiente al equipo. Este resultado es de un 86.52% dado que falta considerar las detenciones del equipo por falla de operación, falta personal, mantenciones programadas y otras, que no son consideradas al estudiar el comportamiento de cada sistema en particular y que al hacerlo se obtendría el valor real de disponibilidad del equipo.
Dado los antecedentes anteriores y con el objetivo de clasificar la criticidad de los sistemas, se efectúa un análisis bajo el método de Jack Knife explicado en el capítulo 4.
De este análisis se obtienen los siguientes resultados.
Figura 5.6. Jack Knife de los sistemas de la pala para el periodo 2011-2012.
La figura 5.6 muestra los resultados para el año 2011 por separado del año 2012 con el fin de conocer como se han desplazado los sistemas durante el tiempo estudiado.
De esta manera, se puede concluir que los sistemas secundarios y estructural tienden a fallas crónicas pero de relativa fácil reparación, y el sistema de levante que posee fallas agudas, es decir de difícil reparación pero que son relativamente poco habituales.
Estudiando otros antecedentes relacionados como cambio de componentes y costos asociados a ellos, se concluye junto con Germán Pacheco ingeniero en confiabilidad de palas y perforadoras, que el sistema más crítico es el sistema de levante por la siguiente razon:
No se cumple la vida útil esperada por los componentes del sistema de levante cambiados en el periodo 2011-2012.
Figura 5.7. Vida útil de los componentes vs duración real periodo 2011-2012
Como se observa de la figura 5.7, la tendencia de los componentes del sistema de levante es ser reemplazados prematuramente, en la mayor parte de ocasiones sin cumplir el 50% de horas esperadas de funcionamiento, lo que indica una gestión inadecuada en las mantenciones preventivas o condiciones inapropiadas de funcionamiento del equipo, por ejemplo, altas vibraciones producidas por el sistema de levante más específicamente por la transmisión de levante.
Costos asociados a cambio de componentes del sistema de levante en el periodo 2011-2012.
Figura 5.8. Costos de compra de componentes sistema de levante periodo 2011-2012
De la figura 5.8 se observa, que el costo acumulado solo por concepto de compra de componentes para el periodo de análisis bordea los 4.5 millones de dólares, teniendo en cuenta que lo presupuestado en compra de componentes mecánicos por la empresa para los años 2011 y 2012 eran 1.8 y 2.7 millones de dólares respectivamente.
Considerando también la complejidad de estos componentes, el stock de estas piezas es escaso a nivel mundial, lo que lleva a clasificar a esos componentes como de alta criticidad a nivel de la compañía.
Por los antecedentes expuestos anteriormente, los esfuerzos se centraran en el sistema de levante de la pala Bucyrus 495HR, a través de la confección de un RCM a medida de las necesidades de la empresa.
5.1.3 Análisis de Tasas de Fallas y Confiabilidad
Como se observó en el Capítulo 4, un análisis primordial es el referente al estudio de las tasas de fallas, con fin de verificar la existencia de patrones de fallas o comportamientos de estacionalidad de los sistemas de la pala.
Para este análisis se usara la distribución de Weibull explicada en detalle en el capítulo 4, aplicada al sistema de levante de la pala 06, 08, 09 y 10 de forma separada para cada una con el propósito de identificar diferencias entre cada una de ellas.
5.1.3.1 Tasas de Fallas
Para el análisis de las tasa de falla del sistema de levante de la pala se han considerado las detenciones respectivas a cada pala de la flota y luego filtradas solo considerando las que corresponden al sistema de levante.
Los resultados son los siguientes.
Lo que se observa de la figura 5.9 es que las palas 06 y 10 poseen mayor probabilidad de falla prematura en el sistema de levante, posiblemente por solturas mecánicas de anclajes del sistema de levante al revolving frames producidas por excesivas vibraciones.
Con respecto a las palas 08 y 09 se puede concluir que el sistema de levante es más confiable que en los otros equipos, pero que igual poseen una alta probabilidad de falla en las primeras horas de funcionamiento.
Esta probabilidad disminuye a través del tiempo, esto quiere decir que hoy en día todas las palas de la flota se encuentran en la condición de mortalidad infantil en la curva de la bañera, el parámetro β o parámetro de forma es el que determina en que zona de la curva de la bañera esta el equipo, los parámetros obtenidos con la distribución de Weibull dan como resultado parámetros de forma que oscilan entre 0.5 y 0.8 (si el parámetro β es menor que 1 el equipo está en la zona de mortalidad infantil).
Esta condición de mortalidad infantil del sistema de levante puede ser causada por componentes defectuosos, malas reparaciones o montajes, o malas prácticas operacionales.
5.1.3.2 Confiabilidad
Este último parámetro está relacionado de manera directa con la tasa de falla y el tiempo promedio entre fallas (ver Capítulo 4) por lo que su resultado ya es conocido de antemano o se tiene una noción de él. No obstante, para la obtención de este parámetro se han tenido en consideración las mismas premisas usadas para la determinación del parámetro tasa de falla.
Figura 5.10. Confiabilidad del sistema levante equipos 06, 08, 09 y 10 para el periodo 2011 y 2012
Tal y como se presento en la figura 5.9, las palas 06 y 10 poseen los resultados más adversos en cuanto a tasa de falla y confiabilidad. Evidentemente el sistema de levante es un sistema muy poco confiable en la flota en general, pero se observa claramente de la figura 5.10, que los problemas son más agudos en algunas palas, esto lleva a preguntar el por qué. Según lo investigado, no todas las palas poseen los componentes idénticos. Por ejemplo las trasmisiones son de distintos fabricantes y algunas están nuevas otras restauradas, cosa que incide de manera significante en el desempeño en general del equipo. También es relevante considerar que no todos los equipos poseen el mismo anclaje de la transmisión al revolving frames, las palas 06 y 08 poseen el sistema de locking assembly en todos sus anclajes, en cambio las palas 09 y 10 son una mezcla entre sistema locking assembly en algunos anclajes, y pasadores convencionales en otros.
Las ventajas del sistema locking assembly versus pasadores tradicionales, es que esta unión no permite desplazamiento en sentido alguno, lo que en teoría vuelve el sistema más rígido y atenúa las vibraciones del equipo. El problema es alinear todo el sistema, porque como se señalo el sistema locking assembly no permite desplazamiento en ninguna dirección, lo que
se traduce en que la trasmisión tiene una posición única cuando está anclada al revolving frames. En consecuencia, los acoplamientos entre motor hoist y el engranaje de entrada de la transmisión son un problema a la hora de ser alineados, y sumando que después los engranajes planetarios de salida de la transmisión se acoplan a la corona del tambor, lo que conlleva a vibraciones por des-alineamiento lo que muchas veces cuestiona la implementación del sistema locking assembly.
5.2 IDENTIFICACIÓN DE SISTEMAS CRÍTICOS
Como conclusión de los análisis anteriores, se determinan a continuación aquellos sistemas que presentan los parámetros considerados críticos para cada uno de dichos estudios:
Análisis de Detenciones:
En este estudio se determinó que los sistemas correspondientes a Sistema estructural, sistemas secundarios, sistema de levante y sistema de control presentan generalmente el mayor número de detenciones y el mayor tiempo indisponible que acarrean dichos eventos. Se observó que estos sistemas abarcan el 76 % de las detenciones y sobre el 75 % de los tiempos indisponibles del equipo.
Estas características se presentan de forma general en la totalidad de la flota con excepción de lo visto en las palas 06 y 10 donde los problemas en el sistema de levante se agudizan.
Análisis de Indicadores de Gestión:
En cuanto a los indicadores de MTBF y MTTR, se determinó que el sistema correspondiente a secundarios presenta el valor más crítico de tiempo promedio entre fallas, debido a que puede llegar a alcanzar valores de 60 hrs. Lo sigue en importancia el sistema estructural, debido a que es el segundo más bajo de los valores obtenidos para dicho indicador.
Los resultados del análisis del MTTR, demuestran que las fallas presentes en sistema de levante requieren de un elevado tiempo de reparación y es el cuarto sitema con menor MTBF, y considerando que una falla en este sistema es de carácter catastrófico por tema de stock de repuestos y costo, por lo que para la compañía pasa a ser el sistema de mayor criticidad hoy en día.
Análisis con el método Jack Knife
A modo de reafirmar todos los antecedentes expuestos, esta herramienta proporciona los sistemas críticos en cuales enfocar los esfuerzos.
Estos sistemas serán; sistema estructural, sistemas secundarios y por último el sistema de levante, al cual se aplicara la herramienta del RCM. Los otros sistemas serán estudiados con árboles de falla con el fin de analizar con detalle las fallas más recurrentes en estos sistemas.
5.3 APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA DEL MANTENIMIENTO CENTRADO EN CONFIABILIDAD (RCM).
Una vez determinado el sistema que será analizado por la metodología establecida en el Capítulo 4 sobre el Mantenimiento Centrado en Confiabilidad, el siguiente paso es establecer un criterio sobre la extensión de dicho análisis.
Esto quiere decir, cuan detallado será el estudio de los distintos modos de fallas (causas de fallas), ya que, se debe optimizar los recursos y tiempos disponibles para realizar los análisis, descartando de esta manera, incorporar al estudio sucesos que no se presentan con frecuencia o no tienen la posibilidad de hacerlo según el contexto operacional del equipo. De esta manera, se procede a analizar las detenciones que han ocurrido en el sistema de levante durante los años 2011 y 2012 para las cuatro palas, considerados equipos maduros por sus horas de operación.
Tales análisis consisten en el estudio de las frecuencias de fallas y del tiempo indisponible asociado a ellas y cuyos resultados obtenidos para el sistema de levante se presentan en las Figuras 5.11 y 5.12.
Figura 5.11. Tiempo indisponible por fallas en sistema de levante en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos).
Figura 5.12. Cantidad de detenciones por fallas en sistema de levante en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos).
Para complementar este análisis y poder determinar de manera clara y precisa cuales son las fallas mas criticas del sistema de levante, se procede a aplicar el método de Jack Knife. Los resultados son los siguientes.
Figura 5.13. Análisis Jack Knife aplicado a las fallas del sistema de levante para el periodo 2011-2012
De estos gráficos se puede determinar cuáles son los componentes del sistema de levante que afectan con mayor importancia su funcionamiento.
Estas son:
Transmisión de levante. Sistema de control.
Bajo el mismo desarrollo, se obtendrán las fallas mas criticas del sistema estructural y secundarios, con el fin de estudiar los elementos más importantes en el árbol de falla respectivo.
Los resultados son los siguientes para el sistema estructural:
Figura 5.14. Tiempo indisponible por fallas en sistema estructural en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos).
Figura 5.15. Cantidad de detenciones por fallas en sistema estructural en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos).
Figura 5.16. Análisis Jack Knife aplicado a las fallas del sistema estructural para el periodo 2011-2012
De estos gráficos de determina que la falla crítica para el sistema estructural es: Elementos de desgaste.
Los resultados son los siguientes para sistemas secundarios son:
Figura 5.17. Tiempo indisponible por fallas en sistemas secundarios en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos).
Figura 5.18. Cantidad de detenciones por fallas en sistemas secundarios en flota de palas periodo 2011-2012. (Tiempo total anual considerado: 8760 h x 4 equipos).
Figura 5.19. Análisis Jack Knife aplicado a las fallas de sistemas secundarios para el periodo 2011-2012
Se concluye de los gráficos anteriores que la falla mas critica para sistemas secundarios es: Sistema abrir balde.
